Altera® FPGA Grundlagen und erste Schritte
FPGA Grundlagen
Hintergrundwissen: Integrierte Schaltungen und Logikdesign
Integrierte Schaltkreise (ICs) werden üblicherweise als "Chips" bezeichnet. Sie implementieren sehr kleine elektronische Schaltungen auf einem Siliziumsubstrat. CPUs, GPUs und FPGAs sind alle ICs. Die meisten ICs implementieren das Logikdesign. Elektrische Signale treten in einen IC ein und werden basierend auf ihrem Spannungspegel als "0" oder als "1" interpretiert. Sie können sich verschiedene Signale ansehen, um viele Werte zu sammeln, oder Sie können dasselbe Signal viele verschiedene Male betrachten und sehen, wie es sich ändert.
Beim Logikdesign handelt es sich um den Entwurf von Schaltkreisen, die Entscheidungen auf der Grundlage dieser Werte "0" und "1" treffen. Ein logisches Design besteht aus logischen Gattern, um zwei oder mehr verschiedene Werte zu vergleichen – um Fragen zu beantworten wie: "Sind beide Werte gleich?" oder "Sind beide Werte gleich 1?" Darüber hinaus räumen Strukturen, die als "Flipflops" bezeichnet werden, diese Fragen zeitlich aus. Moderne logische Designs haben Tausende bis Billionen von logischen Gattern.
Eine gute Analogie ist, wenn Sie Klaviermusik hören. Bei jeder Zeitzählung bestimmt der Musiker, welche Note Sie hören werden. Jede Entscheidung ist einfach, aber ein schönes Lied erfordert viele Entscheidungen und viel Geschick. Eine Reihe guter Logikdesigns in einem IC kann erstaunliche rechnerische Antworten liefern!
Was ist ein FPGA?
FPGA ist ein Akronym für Field Programmable Gate Array. FPGAs handelt es sich um Halbleiter-ICs, bei denen ein Großteil der Funktionalität im Inneren des Geräts geändert werden kann. vom Entwicklungsingenieur geändert, während der Leiterplattenbestückung oder sogar nach der Bereitstellung eines Produkts.
Die Änderungen werden erzeugt, indem geändert wird, welche elektrischen Ein- und Ausgänge empfangen werden, welche logischen Gatter und Flipflops implementiert sind und wie diese Gatter miteinander verbunden werden.
Ein FPGA besteht aus einem Raster konfigurierbarer Logik, die als adaptive Logikmodule (ALMs) bezeichnet werden, und spezialisierten Blöcken, wie z. B. digitale Signalverarbeitungsblöcke (DSP) und RAM-Blöcke (Random-Access Memory). Diese programmierbaren Blöcke werden über konfigurierbare Routing-Schnittstellen kombiniert, um komplette digitale Schaltungen zu realisieren.
Wer verwendet FPGAs?
Entwickler
Entwickler nutzen FPGAs in der Elektronikindustrie für viele verschiedene Anwendungen.
Forscher
Forscher nutzen FPGAs, um den logischen Entwurf zu erforschen, schwierige Probleme zu lösen und neue Algorithmen zu implementieren.
Studenten
Da FPGAs immer wieder neu programmiert werden können, sind sie eine ideale Möglichkeit, Logikdesign zu erlernen.
Hobbyisten
Wie Studenten haben Hobbyisten oft den Wunsch, Logikdesign zu lernen, und FPGAs sind perfekt dafür.
Warum sollten Sie einen FPGA verwenden?
Zu den Vorteilen der Verwendung eines FPGA gehören:
Flexibilität
FPGA Funktionalität kann sich bei jedem Einschalten des Geräts ändern.
Beschleunigung
Bringen Sie Ihre Produkte schneller auf den Markt und/oder steigern Sie die Leistung Ihres Systems.
Integration
Zu den heutigen FPGAs gehören On-Die-Prozessoren, Transceiver-I/Os mit 28 Gbit/s (oder schneller), RAM-Blöcke, DSP-Engines und mehr.
Gesamtbetriebskosten
ASICs mögen zwar pro Exemplar weniger kosten als ein gleichwertiges FPGA, aber ihre Herstellung erfordert einmalig anfallende Kosten, teure Softwaretools, spezialisierte Designteams und lange Fertigungszyklen.
Wie benutzt man einen FPGA?
Design-Methodik |
Beschreibung |
Primär verwendetes Tool |
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Traditionelles FPGA Design |
Diese Methodik verwendet eine Hardware Description Language (HDL) zur Beschreibung eines Designs und ein Electronic Design Automation (EDA) Tool, um Ihre Designbeschreibung in eine FPGA Implementierung umzuwandeln. |
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High-Level-Design |
Diese Methodik nutzt eine höhere Sprache, in der Regel Data Parallel C++ (DPC++), um einen Entwurf zu beschreiben. Um nur DPC++ verwenden zu können, müssen Sie ein unterstütztes Mainboard verwenden, das an einen Computer mit einem x86-Host angeschlossen ist. Sie können diese Methodik mit herkömmlichem FPGA Design kombinieren, um die Produktivität zu steigern. |
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Nutzen Sie FPGA Designservices |
Wenn Sie eine FPGA in Ihrem Produkt verwenden möchten, aber nicht über das Know-how verfügen, um das Design selbst durchzuführen, hat Altera viele Partner, die FPGA Design Services anbieten. |
Erste Schritte
FPGA Technical Training bietet zwei Kurse an, die speziell für Anfänger FPGA Lernende entwickelt wurden. Wählen Sie Ihren Weg abhängig von Ihrem Lernstil. Für die Teilnahme an FPGA technischen Schulung fallen keine Kosten an.
Einsteiger-Workshop für Altera® FPGAs
Lernst du gerne mit einem Instruktor? Nehmen Sie an diesem 3-stündigen praktischen Workshop teil.
Anfänger Altera® FPGA Designer
Sind Sie ein selbstgeführter Lerner? Dieser Lehrplan wird Ihnen den Einstieg erleichtern!
FPGA technische Schulungskatalog
Dieser Katalog listet alle Kurse auf, die für Anfänger bis Fortgeschrittene verfügbar sind.
Lernen Sie weiter
Zusätzliche Ressourcen für Anfänger
| Themenbeschreibung | |
|---|---|
| FPGA technische Schulung | Altera bietet kostenlose technische Schulungen an, um den Umgang mit FPGAs zu erlernen. Lernen Sie fortgeschrittene Themen wie Timing-Closure-Methodik und Plattform-Designer kennen. |
| FPGA Akademisches Programm | Wir bieten Ressourcen an, um Lehrern und Professoren dabei zu helfen, Kurse für Ingenieur- und Informatikkurse zu erstellen. |
| FPGA Community | Holen Sie sich Support und tauschen Sie sich mit Mitgliedern der FPGA Entwickler-Community aus. |
| DE-10 Lite Mainboard | Dieses Board ist eine gute Wahl für Anfänger. |
| FPGA Designbeispiele | Diese Sammlung von Designbeispielen für FPGAs enthält Designbeispiele für Designer aller Ebenen. |
| FPGA Support-Ressourcen | Auf dieser Seite finden Sie alle Support-Ressourcen, die FPGA Entwicklern zur Verfügung stehen. |
Weitere Ressourcen für erste Schritte
Altera University Newsletter
Dieser Newsletter enthält jeden Monat die neuesten Entwicklungen, Veranstaltungen und kostenlosen Kurse.
FPGA Software-Download-Center
Laden Sie die Software herunter, um Ihr eigenes FPGA Design zu erstellen. Für die Lite-Version ist keine Lizenz erforderlich.
FPGAcademy Tutorials
Diese Tutorials sind perfekt für diejenigen, die mehr Hintergrundwissen im Design digitaler Logik benötigen.
Einführendes eBook
Dieses kostenlose eBook kann Ihr Wissen über FPGAs erweitern.
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